Figure 1. Graphique du système :un supraconducteur bidimensionnel proche de sa température critique. Le système est exposé à un champ électromagnétique (flèche orange) de fréquence THz. Des bandes de métaux sous forme de réseau (non représenté) sont nécessaires pour l'excitation des plasmons, un type spécial d'excitations d'électrons non liés dans le supraconducteur. Ainsi, les électrons non liés agissent comme des médiateurs :ils interagissent les uns avec les autres, avec de la lumière (sous forme de plasmons), et avec les paires Cooper, représenté par des cercles rouges en pointillés. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Chercheur au Centre de physique théorique des systèmes complexes au sein de l'Institut des sciences fondamentales (IBS, Corée du Sud), Professeur Ivan Savenko, a rapporté une nouvelle méthode conceptuelle pour étudier les propriétés des supraconducteurs à l'aide d'outils optiques. La théorie a été publiée dans Lettres d'examen physique et co-écrit par le docteur Vadim Kovalev, physicien à l'A.V. Institut Rzhanov de physique des semi-conducteurs (Russie).
En dessous d'une certaine température, la résistivité d'un matériau peut disparaître, et des propriétés supraconductrices émergent. Ce sont généralement des températures extrêmement basses, entre -200 degrés C et -272 degrés C, où les électrons généralement non liés changent soudainement de comportement et s'apparient, formant des paires de Cooper. Cette transition se manifeste par des supercourants, qui peut circuler dans le matériau à jamais sans pertes.
Cependant, des propriétés supraconductrices peuvent apparaître légèrement au-dessus de la température critique. Dans ce régime dit fluctuant, Des paires de Cooper commencent à apparaître et à disparaître, altérant considérablement la conductivité électrique et d'autres propriétés du supraconducteur. Il y a plus de cinquante ans, Aslamazov et Larkin ont développé une théorie selon laquelle la conductivité des supraconducteurs fluctuants est médiée à la fois par des électrons non liés et des paires de Cooper. Cependant, la supraconductivité fluctuante est un sujet de recherche si difficile qu'il continue d'être étudié. Dans cette nouvelle étude, les chercheurs proposent un moyen de surveiller ces phénomènes de transport d'électrons avec la spectroscopie optique, une plate-forme optique disponible expérimentalement.
« Alors que les méthodes magnétiques et basées sur la résistivité pour surveiller les supraconducteurs sont bien établies, il est très difficile de "marier" lumière et supraconductivité, " explique Savenko. " C'est un domaine de recherche brûlant où l'on peut s'attendre à de nouvelles découvertes en science fondamentale et à des applications innovantes. "
La supraconductivité et la lumière sont deux phénomènes apparemment sans rapport. D'habitude, les supraconducteurs sont peu sensibles à la lumière extérieure :ils ne peuvent que faiblement interagir avec elle, et plutôt servir de miroirs. Cette étude, au lieu, montre que la lumière aux fréquences térahertz (THz), qui se situent entre les domaines radio et infrarouge, pourrait être utilisé pour explorer optiquement les propriétés des supraconducteurs.
Les chercheurs ont modélisé les réponses optiques et électriques d'une couche semi-conductrice fluctuante en 2D exposée aux ondes THz. A l'approche de la température critique, les paires de Cooper émergentes provoquent des changements importants dans la conductivité électrique et l'absorption de la lumière par le système. Les électrons non liés agissent comme des médiateurs, interagir avec les paires de Cooper et la lumière.
"Le design que nous avons développé est très simple. Par conséquent, nous pensons que notre découverte peut s'appliquer à plusieurs cas, " dit Savenko. "Nous nous attendons à ce que l'expérience correspondante soit menée dans un proche avenir. Il doit montrer soit la modification du courant électrique, ou l'altération du spectre de la lumière réfléchie ou transmise, en fonction de la densité des paires de Cooper."
